一種mems懸臂梁式加速度計(jì)及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，包括：測(cè)量體、與所述測(cè)量體相連接的上蓋板以及下蓋板；所述測(cè)量體包括框架、位于所述框架內(nèi)的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊與所述框架之間通過多根懸臂梁相連接；所述質(zhì)量塊與所述框架之間還設(shè)置有緩沖梁，所述緩沖梁的一端與所述質(zhì)量塊相連接，所述緩沖梁的另一端與所述框架相連接。緩沖梁可以有效地保護(hù)加速度計(jì)，防止其因外力過大而損壞。
【專利說(shuō)明】—種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)及其制造工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種加速度計(jì)及其制造工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，加速度計(jì)可適用于諸多應(yīng)用，例如在測(cè)量地震的強(qiáng)度并收集數(shù)據(jù)、檢測(cè)汽車碰撞時(shí)的撞擊強(qiáng)度、以及在手機(jī)及游戲機(jī)中檢測(cè)出傾斜的角度和方向。而在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，許多納米級(jí)的小型加速度測(cè)量?jī)x已經(jīng)被商業(yè)化廣泛采用。
[0003]傳統(tǒng)的電容式加速度計(jì)例如專利號(hào)ZL03112312.0、公告日為2007年5月30日的中國(guó)專利，電容式加速度計(jì)包括了懸臂梁及質(zhì)量塊。當(dāng)有加速度時(shí)，加速度計(jì)的質(zhì)量塊會(huì)向加速度方向運(yùn)動(dòng)，使得質(zhì)量塊與電極間的間隙距離發(fā)生變化并導(dǎo)致電容的變化。這種加速度計(jì)通過微加工工藝制成，具有體積小、造價(jià)低等特點(diǎn)。然而，由于只在質(zhì)量塊的兩邊設(shè)置了兩根彈性梁，導(dǎo)致在檢測(cè)過程中非敏感方向的加速度會(huì)對(duì)敏感方向產(chǎn)生串?dāng)_，降低了檢測(cè)的精度。而且各個(gè)懸臂梁也不會(huì)產(chǎn)生相同的變形及位移。使得這種加速度計(jì)的擺動(dòng)模態(tài)振型不太對(duì)稱。此外，在外部沖擊力較大的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)懸臂梁斷裂、質(zhì)量塊與框架發(fā)生碰撞等情況。不但大大降低了加速度計(jì)的檢測(cè)可靠性，甚至使得加速度計(jì)無(wú)法工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種串?dāng)_較小地檢測(cè)垂直方向上的加速度，并具有較高的穩(wěn)定性和可靠性的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
[0005]按照本發(fā)明提供的一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，包括:測(cè)量體、與所述測(cè)量體相連接的上蓋板以及下蓋板；所述測(cè)量體包括框架、位于所述框架內(nèi)的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊與所述框架之間通過多根懸臂梁相連接；所述質(zhì)量塊與所述框架之間還設(shè)置有緩沖梁，所述緩沖梁的一端與所述質(zhì)量塊相連接，所述緩沖梁的另一端與所述框架相連接。
[0006]本發(fā)明中的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)還包括如下附屬特征:
[0007]所述緩沖梁設(shè)置在所述質(zhì)量塊的端角處。
[0008]所述懸臂梁為L(zhǎng)型折疊梁，包括質(zhì)量塊連接臂及框架連接臂，所述質(zhì)量塊連接臂的中線與所述質(zhì)量塊的中線相對(duì)應(yīng)。
[0009]所述質(zhì)量塊連接臂的寬度大于所述框架連接臂的寬度。
[0010]所述質(zhì)量塊、所述上蓋板以及所述下蓋板上設(shè)置有電極。
[0011]所述測(cè)量體采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，每層硅層之間分別設(shè)置有氧化埋層。
[0012]所述測(cè)量體采用雙面絕緣體上外延娃結(jié)構(gòu),包括上娃層、中間娃層及下娃層；每?jī)蓪庸鑼又g分別設(shè)置有二氧化硅層。
[0013]所述上蓋板及所述下蓋板與所述質(zhì)量塊之間設(shè)置有過載保護(hù)裝置，所述過載保護(hù)裝置包括彈性部及凸點(diǎn)；所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述蓋板上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0014]所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述蓋板上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置上，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
[0015]一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0016]第一步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層；
[0017]第二步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層；
[0018]第三步，通過光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下硅層；
[0019]第四步，將下硅層暴露在外的部分刻蝕至氧化埋層；
[0020]第五步，將暴露在外的氧化埋層去除；
[0021]第六步，將絕緣體上外延硅硅片背面的氮化硅層及二氧化硅層去除；
[0022]第七步，將兩塊絕緣體上外延硅硅片進(jìn)行背對(duì)背硅-硅鍵合；形成質(zhì)量塊和框架；
[0023]第八步，對(duì)鍵合后的硅片的正面及背面的進(jìn)行光刻、刻蝕及深度刻蝕；在框架和質(zhì)量塊之間刻蝕出多個(gè)通孔，從而形成自由活動(dòng)的懸臂梁；
[0024]第九步，將鍵合后的硅片的正面及背面的氮化硅層及二氧化硅層去除，形成完整的測(cè)量體；
[0025]第十步，將鍵和后的硅片與上蓋板及下蓋板進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
[0026]一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，所述制造工藝包括以下步驟:
[0027]第一步，在雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上分別通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成多個(gè)深至中間硅層的孔；
[0028]第二步，在所述孔內(nèi)沉積多晶硅并填滿所述孔；然后在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層的表面生長(zhǎng)出二氧化硅層；
[0029]第三步，在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成懸臂梁和緩沖梁；并通過高溫氧化在所述懸臂梁及所述緩沖梁的露置在外的表面上生長(zhǎng)出二氧化硅，或者用化學(xué)淀積方法淀積一層二氧化硅；
[0030]第四步，通過光刻及刻蝕將露置在外的所述中間硅層上的二氧化硅去除，并深度刻蝕所述中間硅層至一定深度；
[0031]第五步，將框架與質(zhì)量塊之間的中間硅層腐蝕，從而形成自由運(yùn)動(dòng)的懸臂梁；
[0032]第六步，將露置在外的所述二氧化硅腐蝕；
[0033]第七步，將上蓋板、處理后的所述雙面絕緣體上外延硅硅片、以及下蓋板進(jìn)行一次性鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
[0034]對(duì)所述上蓋板及下蓋板的加工工藝還包括:
[0035]A、在所述上蓋板或下蓋板上通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成通孔；
[0036]B、在所述上蓋板和所述下蓋板的鍵合面上分別通過光刻、深度刻蝕及刻蝕各自形成一個(gè)凹陷區(qū)；
[0037]C、與所述測(cè)量體鍵合之前，對(duì)所述上蓋板及所述下蓋板進(jìn)行清洗；
[0038]D、與所述測(cè)量體鍵合之后，在所述上蓋板、所述下蓋板的表面上淀積金屬并引出電極，通過所述上蓋板或下蓋板上的所述通孔在所述測(cè)量體的表面上淀積金屬，并通過所述通孔引出電極。
[0039]所述深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:硅的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
[0040]所述用于腐蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:氫氧化鉀、四甲基氫氧化氨、乙二胺磷苯二酚或氣態(tài)的二氟化氙。
[0041]所述用于腐蝕二氧化硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:緩沖氫氟酸、49%氫氟酸或氣態(tài)的氟化氫。
[0042]按照本發(fā)明所提供的一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)及其制造工藝具有如下優(yōu)點(diǎn):首先，本MEMS懸臂梁式加速度計(jì)通過將兩塊硅片鍵合，或者直接使用雙面絕緣體外延硅硅片來(lái)制作，質(zhì)量塊的總體質(zhì)量較大，具有較高的檢測(cè)靈敏度。其次，本加速度計(jì)是通過檢測(cè)質(zhì)量塊與上下蓋板之間的平面電容變化來(lái)計(jì)算加速度。測(cè)量平板電容值的方法具有靈敏度，準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。再次，本加速度計(jì)中的懸臂梁的寬度較大，限制質(zhì)量塊在水平方向上的位移，并且在水平和垂直方向上對(duì)稱的設(shè)置了 4根懸臂梁，進(jìn)一步減少了水平加速度對(duì)垂直加速度的串?dāng)_和影響。最終，本加速度計(jì)在水平方向和垂直方向上均設(shè)置有過載保護(hù)裝置。防止了加速度計(jì)因外力過大而受損。也保證了加速度計(jì)的檢測(cè)穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖2為本發(fā)明中的測(cè)量體的俯視圖。
[0045]圖3為本發(fā)明中的第一種制造方法的第一步、第二步示意圖。
[0046]圖4為本發(fā)明中的第一種制造方法的第三步、第四步示意圖。
[0047]圖5為本發(fā)明中的第一種制造方法的第五步、第六步示意圖。
[0048]圖6為本發(fā)明中的第一種制造方法的第七步、第八步示意圖。
[0049]圖7為本發(fā)明中的第一種制造方法的第九步、第十步示意圖。
[0050]圖8為本發(fā)明中的第一種制造方法的第十一步示意圖。
[0051]圖9為本發(fā)明的第二種實(shí)施例的示意圖。
[0052]圖10為本發(fā)明中第二種制造方法的第一步至第三步示意圖。
[0053]圖11為本發(fā)明中第二種制造方法的第四步至第六步示意圖。
[0054]圖12為本發(fā)明中第二種制造方法的第七步示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述:
[0056]參照?qǐng)D1，按照本發(fā)明提供的一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，包括:測(cè)量體1、與所述測(cè)量體I相連接的上蓋板2以及下蓋板3 ;所述測(cè)量體I采用包括有上硅層4及下硅層5的絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱SOI結(jié)構(gòu)。每層硅層之間分別設(shè)置有氧化埋層6。
[0057]參見圖2，所述測(cè)量體I包括框架11、位于框架11內(nèi)的質(zhì)量塊12 ;質(zhì)量塊12與框架11之間通過懸臂梁13相連接。質(zhì)量塊12與框架11之間的間隔空間內(nèi)設(shè)置有多根懸臂梁13。優(yōu)選地，質(zhì)量塊12為一方形體，懸臂梁以質(zhì)量塊12中線為軸對(duì)稱設(shè)置在質(zhì)量塊12的兩邊。懸臂梁13為L(zhǎng)彎折彈性梁，其中懸臂梁13包括與質(zhì)量塊12相連接的質(zhì)量塊連接臂以及與框架11相連接的框架連接臂。其中，質(zhì)量塊連接臂的中線與質(zhì)量塊12的中線相對(duì)應(yīng)。從而在檢測(cè)過程中質(zhì)量塊12的位移比較平穩(wěn)。此外，優(yōu)選地，質(zhì)量塊連接臂的寬度較大。這樣限制了質(zhì)量塊12在水平方向上的位移，也減少了在非敏感方向上的扭動(dòng)或振動(dòng)對(duì)質(zhì)量塊12帶來(lái)的影響。
[0058]參見圖1及圖2,當(dāng)測(cè)量體I和上蓋板2及下蓋板3通電后,測(cè)量體I與上蓋板2及下蓋板3之間會(huì)形成一電容。在檢測(cè)加速度的過程中，質(zhì)量塊12會(huì)受加速度影響，向加速度方向移動(dòng)。根據(jù)公式C= ε A/d,即兩片平行的導(dǎo)電片之間的電容量等于介電系數(shù)乘以正對(duì)面積除以垂直間距。當(dāng)因加速度產(chǎn)生位移時(shí)，質(zhì)量塊12與上蓋板2及下蓋板3之間的垂直距離會(huì)產(chǎn)生變化。從而導(dǎo)致電容的變化。集成芯片可以通過電容的變化計(jì)算出檢測(cè)到的加速度。優(yōu)選地，集成電路中還包含一個(gè)反饋控制電路。在檢測(cè)加速度的過程中，質(zhì)量塊12的位移相對(duì)中心位置偏移非常小，因此由位移產(chǎn)生的質(zhì)量塊12的傾斜幾乎可以忽略不計(jì)從而加強(qiáng)了加速度計(jì)的檢測(cè)精準(zhǔn)度。
[0059]參見圖1及圖2，此外，本加速度計(jì)上還設(shè)置有過載保護(hù)裝置。過載保護(hù)裝置包括了在水平方向保護(hù)的緩沖梁14以及在垂直方向上保護(hù)的凸點(diǎn)15及彈性部16。其中，緩沖梁14為彈性梁。并以質(zhì)量塊12的中線為軸對(duì)稱設(shè)置在質(zhì)量塊12的兩個(gè)端角處。當(dāng)外力過大時(shí)，質(zhì)量塊12會(huì)產(chǎn)生超出檢測(cè)范圍的位移。此時(shí)，質(zhì)量塊12運(yùn)動(dòng)方向上的緩沖梁14會(huì)被壓縮，而在質(zhì)量塊12運(yùn)動(dòng)方向的相反方向上的緩沖梁14會(huì)被拉伸。緩沖梁14會(huì)吸收部分外力，并將質(zhì)量塊12限制在位移范圍之內(nèi)。從而保護(hù)質(zhì)量塊12和框架11。而在垂直方向上，凸點(diǎn)15和彈性部16可以呈一體設(shè)置在質(zhì)量塊12、上蓋板2或下蓋板3上，或者分別設(shè)置在質(zhì)量塊12、上蓋板2或下蓋板3上彼此相對(duì)應(yīng)的位置上。當(dāng)垂直方向上的外力過大時(shí)，凸點(diǎn)15會(huì)先接觸彈性部16，并迫使彈性部16產(chǎn)生一定的形變，從而減緩質(zhì)量塊12在運(yùn)動(dòng)方向上的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，減少外部沖擊力對(duì)質(zhì)量塊12的沖擊和影響。本加速度計(jì)中的過載保護(hù)裝置為可選方案。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)加速度計(jì)的工作環(huán)境以及成本等多方面考慮后選擇。此外，緩沖梁14的數(shù)量以及垂直方向上的過載保護(hù)裝置的數(shù)量也不僅限于本實(shí)施例中給出的數(shù)量。
[0060]接著，根據(jù)圖3至圖8來(lái)詳細(xì)說(shuō)明用于制造本發(fā)明中的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，該制造工藝包括以下步驟:
[0061]第一步，對(duì)SOI硅片的正面及背面進(jìn)行高溫氧化處理，在其表面形成一層二氧化硅層7 ;或者利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)淀積一層二氧化硅層7。
[0062]第二步，利用化學(xué)氣態(tài)淀積法(CVD)在SOI硅片的正面及背面淀積一層氮化硅8。
[0063]第三步，對(duì)所述SOI硅片的背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)SOI硅片的背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)二氧化硅層7及氮化硅層8上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕直至露出下娃層5。
[0064]第四步，利用氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚將暴露在外的下硅層5刻蝕至氧化埋層6 ；
[0065]第五步，利用緩沖氫氟酸將SOI硅片暴露在外的氧化埋層6去除；
[0066]第六步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將SOI硅片背面的二氧化硅層7和氮化硅層8去除；
[0067]第七步，將兩塊SOI硅片進(jìn)行背對(duì)背硅-硅鍵合；形成質(zhì)量塊12和框架11 ；
[0068]第八步，對(duì)鍵合后的硅片的正面及背面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)鍵和后的硅片的正面及背面進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸在鍵合后硅片的正面及背面的二氧化硅層7及氮化硅層8上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕，刻蝕出多個(gè)深至露出上硅層4的孔。
[0069]第九步，利用深度刻蝕將暴露在外的上硅層4刻穿，從而形成自由活動(dòng)的懸臂梁13和緩沖梁14。
[0070]第十步，利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸將鍵和后的硅片表面的氮化硅層8及二氧化硅層7去除，形成完整的測(cè)量體I。
[0071]第H^一步，將鍵和后的硅片與上蓋板2及下蓋板3進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
[0072]參照?qǐng)D9，本發(fā)明中的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)中的測(cè)量體I還可以采用雙面SOI娃片制成，雙面SOI娃片包括上娃層4、中間娃層9以及下娃層5 ;每?jī)蓪油迣又g，即上娃層4和中間硅層9之間以及中間硅層9和下硅層5之間分別設(shè)置有氧化埋層6。
[0073]接著，參照?qǐng)D10至13詳細(xì)說(shuō)明用于制造本發(fā)明中的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，該制造工藝包括以下步驟:
[0074]第一步，在雙面SOI硅片的上硅層4和下硅層5上分別涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)上硅層4和下硅層5進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再用硅的深度反應(yīng)離子刻蝕將上硅層4和下硅層5被曝光的部分深度刻蝕至氧化埋層6。然后反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)被露置在外的氧化埋層6進(jìn)行蝕刻。從而形成多個(gè)深至中間硅層9的孔。之后將光阻劑層去除。
[0075]第二步，在所述孔內(nèi)沉積多晶硅至中間硅層9并填滿所述孔，從而形成電通路；然后在所述雙面SOI硅片的上硅層4和下硅層5的表面生長(zhǎng)出二氧化硅層7。并通過化學(xué)和機(jī)械拋光法將上硅層4和下硅層5的表面進(jìn)行打磨，達(dá)到表面的平滑標(biāo)準(zhǔn)。
[0076]第三步，在所述雙面SOI硅片的上硅層4和下硅層5上分別涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)上硅層4和下硅層5進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。先利用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)生長(zhǎng)出的二氧化硅層上被曝光的部分進(jìn)行刻蝕。再利用硅的深度反應(yīng)離子刻蝕將上硅層4和下硅層5深度刻蝕至氧化埋層6。最后用反應(yīng)離子干法刻蝕或緩沖氫氟酸對(duì)被露置在外的氧化埋層6進(jìn)行蝕刻。從而形成多個(gè)懸臂梁13和緩沖梁14。并在將光阻劑去除后，利用高溫在所述懸臂梁13和緩沖梁14的表面生長(zhǎng)出一層二氧化硅層7，或者用化學(xué)淀積(CVD)方法在所述懸臂梁13的表面淀積一層二氧化硅層7。
[0077]第四步，用干法刻蝕去除二氧化硅層7中露置在外的二氧化硅。并再次用硅的深度反應(yīng)離子刻蝕或氣態(tài)的二氟化氙將中間硅層6深度刻蝕至一定深度。
[0078]第五步，使用氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚、或氣態(tài)的二氟化氙對(duì)被刻蝕至一定深度的中間硅層9進(jìn)行水平及縱向腐蝕。并根據(jù)中間硅層9中需要被腐蝕的區(qū)域的大小來(lái)控制腐蝕時(shí)間。中間硅層9被腐蝕后，形成了上下兩層自由運(yùn)動(dòng)的多個(gè)懸臂梁13和緩沖梁14。
[0079]第六步，將露置在SOI硅片表面的所述二氧化硅7用緩沖氫氟酸、或49%氫氟酸、或氣態(tài)的氟化氫腐蝕掉。
[0080]第七步，將上蓋板、處理后的所述雙面SOI硅片、以及下蓋板進(jìn)行一次性鍵合，形成完整的加速度計(jì)。
[0081 ] 對(duì)所述上蓋板2及下蓋板3的加工工藝還包括:
[0082]A、在與所述測(cè)量體I鍵合之前，在所述上蓋板2或下蓋板3表面上涂覆光阻劑。之后按照特定圖案對(duì)其進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用深度反應(yīng)離子刻蝕、或氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚將上蓋板2或下蓋板3被曝光的部分深度刻蝕形成多個(gè)通孔。并將光阻劑去除。
[0083]B、在上蓋板2和下蓋板3的鍵合面上涂覆光阻劑，之后按照特定圖案對(duì)其進(jìn)行曝光，并用顯影液進(jìn)行顯影。這樣被曝光的圖案就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。再利用深度反應(yīng)離子刻蝕、或氫氧化鉀、或四甲基氫氧化氨、或乙二胺磷苯二酚，分別將上蓋板2和下蓋板3被曝光的部分深度刻蝕至一定位置。從而在上蓋板2和下蓋板3的鍵合面上各自形成一個(gè)凹陷區(qū)，并將光阻劑去除。
[0084]C、在與所述測(cè)量體I鍵合之前，對(duì)上蓋板2及下蓋板3對(duì)進(jìn)行清洗；
[0085]D、與所述測(cè)量體I鍵合之后，在所述上蓋板2、所述下蓋板3的表面上淀積金屬并引出電極，通過所述上蓋板2或下蓋板3上的所述通孔在所述測(cè)量體I的表面上淀積金屬，并通過所述通孔引出電極。
[0086]其中，本發(fā)明中的上述加工工藝中的氮化硅層8和二氧化硅層7起到保護(hù)其所覆蓋的硅層，使其不被刻蝕或腐蝕。
[0087]本發(fā)明中所述的深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:硅的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
[0088]由于本加速度計(jì)是通過檢測(cè)質(zhì)量塊12與上下蓋板2，3之間的平面電容變化來(lái)計(jì)算垂直加速度，這種檢測(cè)方式具有較高的檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度。而且本加速度計(jì)中的質(zhì)量塊12較大，進(jìn)一步增加了檢測(cè)的靈敏度。此外，由于懸臂梁13較寬，限制了質(zhì)量塊12在水平方向上的位移，同時(shí)本結(jié)構(gòu)中對(duì)稱設(shè)置有四根懸臂梁減少了水平方向?qū)Υ怪狈较蛏霞铀俣戎g的串?dāng)_和影響。而在質(zhì)量塊12和框架11之間加設(shè)緩沖梁14可以有效的保護(hù)加速度計(jì)，防止其因外力過大而受損。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，包括:測(cè)量體、與所述測(cè)量體相連接的上蓋板以及下蓋板；所述測(cè)量體包括框架、位于所述框架內(nèi)的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊與所述框架之間通過多根懸臂梁相連接；其特征在于，所述質(zhì)量塊與所述框架之間還設(shè)置有緩沖梁，所述緩沖梁的一端與所述質(zhì)量塊相連接，所述緩沖梁的另一端與所述框架相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述緩沖梁設(shè)置在所述質(zhì)量塊的端角處，并沿所述質(zhì)量塊的中線對(duì)稱設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述懸臂梁為L(zhǎng)型折疊梁，包括質(zhì)量塊連接臂及框架連接臂，所述質(zhì)量塊連接臂的中線與所述質(zhì)量塊的中線相對(duì)應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述質(zhì)量塊連接臂的寬度大于所述框架連接臂的寬度。
5.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述質(zhì)量塊、所述上蓋板以及所述下蓋板上設(shè)置有電極。
6.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述測(cè)量體采用包括有上硅層及下硅層的絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，每層硅層之間分別設(shè)置有氧化埋層。
7.如權(quán)利要求6所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述測(cè)量體采用雙面絕緣體上外延硅結(jié)構(gòu)，包括上硅層、中間硅層及下硅層；每?jī)蓪庸鑼又g分別設(shè)置有二氧化硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述上蓋板及所述下蓋板與所述質(zhì)量塊之間設(shè)置有過載保護(hù)裝置，所述過載保護(hù)裝置包括彈性部及凸點(diǎn)；所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述彈性部上，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊或所述蓋板上，所述凸點(diǎn)限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
9.如權(quán)利要求1所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)，其特征在于，所述彈性部設(shè)置在所述質(zhì)量塊上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述蓋板上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度；或所述彈性部設(shè)置在所述蓋板上，所述凸點(diǎn)設(shè)置在所述質(zhì)量塊上與所述彈性部相對(duì)應(yīng)的位置上，所述凸點(diǎn)與所述彈性部相接觸，并限制所述質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)幅度。
10.一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面生長(zhǎng)或淀積出二氧化硅層； 第二步，在所述絕緣體上外延硅硅片的正面及背面淀積一層氮化硅層； 第三步，通過光刻及刻蝕，將所述絕緣體上外延硅硅片背面的部分氮化硅層及二氧化硅層去除，并露出下硅層； 第四步，將下硅層暴露在外的部分刻蝕至氧化埋層； 第五步，將暴露在外的氧化埋層去除； 第六步，將絕緣體上外延硅硅片背面的氮化硅層及二氧化硅層去除； 第七步，將兩塊絕緣體上外延硅硅片進(jìn)行背對(duì)背硅-硅鍵合；形成質(zhì)量塊和框架； 第八步，對(duì)鍵合后的硅片的正面及背面的進(jìn)行光刻、刻蝕及深度刻蝕；在框架和質(zhì)量塊之間刻蝕出多個(gè)通孔，從而形成自由活動(dòng)的懸臂梁； 第九步，將鍵合后的硅片的正面及背面的氮化硅層及二氧化硅層去除，形成完整的測(cè)量體； 第十步，將鍵和后的硅片與上蓋板及下蓋板進(jìn)行鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
11.一種MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述制造工藝包括以下步驟: 第一步，在雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上分別通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成多個(gè)深至中間硅層的孔； 第二步，在所述孔內(nèi)沉積多晶硅并填滿所述孔；然后在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層的表面生長(zhǎng)出二氧化硅層； 第三步，在所述雙面絕緣體上外延硅硅片的上下硅層上通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成懸臂梁和緩沖梁；并通過高溫氧化在所述懸臂梁及所述緩沖梁的露置在外的表面上生長(zhǎng)出二氧化硅，或者用化學(xué)淀積方法淀積一層二氧化硅； 第四步，通過光刻及刻蝕將露置在外的所述中間硅層上的二氧化硅去除，并深度刻蝕所述中間硅層至一定深度； 第五步，將框架與質(zhì)量塊之間的中間硅層腐蝕，從而形成自由運(yùn)動(dòng)的懸臂梁； 第六步，將露置在外的所述二氧化硅腐蝕； 第七步，將上蓋板、處理后的所述雙面絕緣體上外延硅硅片、以及下蓋板進(jìn)行一次性鍵合，形成完整的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，對(duì)所述上蓋板及下蓋板的加工工藝還包括: A、在所述上蓋板或下蓋板上通過光刻、深度刻蝕及刻蝕形成通孔； B、在所述上蓋板和所述下蓋板的鍵合面上分別通過光刻、深度刻蝕及刻蝕各自形成一個(gè)凹陷區(qū)； C、與所述測(cè)量體鍵合之前，對(duì)所述上蓋板及所述下蓋板進(jìn)行清洗； D、與所述測(cè)量體鍵合之后，在所述上蓋板、所述下蓋板的表面上淀積金屬并引出電極，通過所述上蓋板或下蓋板上的所述通孔在所述測(cè)量體的表面上淀積金屬，并通過所述通孔引出電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述深度刻蝕及所述刻蝕的方法為以下方法中的一種或多種方法:干法刻蝕或濕法刻蝕，所述干法刻蝕包括:硅的深度反應(yīng)離子刻蝕及反應(yīng)離子刻蝕。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述用于腐蝕硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:氫氧化鉀、四甲基氫氧化氨、乙二胺磷苯二酚或氣態(tài)的二氟化氙。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至12任一所述的MEMS懸臂梁式加速度計(jì)的制造工藝，其特征在于，所述用于腐蝕二氧化硅層的腐蝕劑為以下腐蝕劑中的一種或多種的組合:緩沖氫氟酸、49%氫氟酸或氣態(tài)的氟化氫。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104297522SQ201310305611
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】于連忠, 孫晨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所